愛因斯坦探測衛星捕捉罕見雙星系統 揭開宇宙神秘面紗

愛因斯坦探測衛星（Einstein Probe）憑藉其創新的龍蝦眼X射線望遠鏡，成功捕捉到一場極為罕見的天文奇觀——來自一對特殊雙星系統的明亮X射線閃光。這對雙星由一顆白矮星和一顆巨大的Be星組成，它們在恆星演化的複雜舞蹈中相互環繞。科學家們長期以來一直懷疑這類系統的存在，但這是首次從其初始爆發開始進行觀測。這項發現為我們理解大質量恆星如何轉移物質、爆炸和演化提供了關鍵線索，並為塑造宇宙的宇宙力量帶來了新的啟示。

這對不尋常的雙星由一顆巨大的熱星（比太陽大十倍以上）和一顆小而極其緻密的白矮星（質量與太陽相當）組成。迄今為止，只有少數這樣的系統被發現，而這是科學家首次能夠追蹤其中一對罕見雙星的X射線發射，從初始爆發到逐漸消退的全過程。

2024年5月27日，愛因斯坦探測衛星上的廣域X射線望遠鏡（WXT）在鄰近的星系小麥哲倫雲（SMC）中探測到了X射線。為了確定這顆新發現的天文信標（命名為EP J0052）的來源，科學家們將愛因斯坦探測衛星的後續X射線望遠鏡對準了該天體。這一發現還引發了美國太空總署（NASA）的Swift和NICER X射線望遠鏡的後續觀測，它們迅速聚焦於該源。歐洲太空總署（ESA）的XMM-Newton望遠鏡在18天後進行了額外觀測，幫助天文學家拼湊出這場罕見宇宙事件的本質。

「我們正在追逐短暫的X射線源，突然在小麥哲倫雲中發現了這個新的X射線光點。我們意識到，這是一個不尋常的發現，只有愛因斯坦探測衛星才能捕捉到。」西班牙空間科學研究所（ICE-CSIC）的博士後研究員、這項新研究的主要作者Alessio Marino表示。這是因為，在目前監測X射線天空的望遠鏡中，WXT是唯一能夠以足夠靈敏度捕捉低能量X射線的裝置。

起初，科學家們認為EP J0052可能是一種已知的X射線雙星系統。這些雙星通常由一顆中子星和一顆大質量恆星組成，中子星會吞噬來自伴星的物質。然而，資料中的某些特徵暗示了不同的故事……

由於愛因斯坦探測衛星從初始閃光就捕捉到了這個新源，科學家們能夠分析來自不同儀器的資料批次。他們研究了X射線波長範圍內的光線變化，持續六天，並從爆炸物質中提取出一些元素，如氮、氧和氖。分析提供了關鍵線索。

「我們很快意識到，這是一個非常罕見且難以捉摸的雙星系統。」Alessio解釋道。這對不尋常的雙星由一顆我們稱為Be星的大質量恆星（質量為太陽的12倍）和一顆被稱為白矮星的恆星「屍體」（一個緻密且超密集的天體，質量與我們的太陽相似）組成。

兩顆恆星緊密環繞彼此，白矮星的強大引力場從其伴星中拉取物質。隨著越來越多的物質（主要是氫）落在緻密天體上，其強大的引力將其壓縮，直到引發失控的核爆炸。這會產生從可見光到紫外線和X射線的廣泛波長範圍內的明亮閃光。

乍看之下，這對雙星的存在令人困惑。Be型大質量恆星會快速燃燒其核燃料儲備，它們的生命短暫而激烈，大約持續2000萬年。其伴星通常是類似太陽的恆星坍縮後的殘餘，如果孤立存在，它將存活數十億年。既然雙星通常一起形成，為什麼短命的恆星仍然閃耀，而長命的恆星卻已經死亡？

科學家們認為，這對雙星最初是一對更匹配的雙星，由兩顆比太陽大六到八倍的恆星組成。較大的恆星首先耗盡了核燃料並開始膨脹，將物質轉移到其伴星。首先，其膨脹的外層氣體被伴星拉入；然後，其剩餘的外殼被丟擲，形成一個圍繞兩顆恆星的包層，後來變成一個圓盤，最終消散。

在這場戲劇性的過程結束時，伴星已增長到太陽質量的12倍，而另一顆恆星的核心則坍縮成為一顆略大於一個太陽質量的白矮星。現在，輪到白矮星從Be星的外層竊取並吞噬物質了。

「這項研究為我們提供了對恆星演化中罕見階段的新見解，這是兩顆恆星之間複雜物質交換的結果。」ESA的研究員和X射線天文學家Ashley Chrimes評論道。「看到一對相互作用的大質量恆星能產生如此有趣的結果，真是令人著迷。」

ESA的XMM-Newton任務在愛因斯坦探測衛星首次觀測18天後，對EP J0052方向進行了後續觀測，但沒有再看到訊號。這為閃光的持續時間設定了上限，顯示它相對短暫。

短暫爆發的持續時間以及氖和氧的存在，暗示這可能是一顆較重的白矮星，質量可能比太陽大20%。其質量接近所謂的錢德拉塞卡極限，超過這個極限，恆星將繼續坍縮，成為更緻密的中子星，或作為超新星爆炸。

「Be星-白矮星雙星的爆發極難捕捉，因為它們最好用低能量X射線觀測。愛因斯坦探測衛星的出現為我們提供了發現這些短暫源的獨特機會，並測試我們對大質量恆星如何演化的理解。」ESA的愛因斯坦探測衛星專案科學家Erik Kuulkers表示。「這項發現展示了這項任務的改變遊戲規則的能力。」